Rechnergestütztes Planungssystem für die flexibel automatisierte Montage

143 Pages·1992·4.4 MB·German

by  Dipl.-Ing. Gerd Schuster (auth.)

Forschungsberichte . Band 55
Berichte aus dem
Institut für Werkzeugmaschinen
und Betriebswissenschaften
der Technischen Universität München
Herausgeber: Prof. Dr.-lng. J. Milberg
Gerd Schuster
Rechnergestütztes Planungssystem
für die flexibel automatisierte
Montage
Mit 67 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg GmbH
1992
Dipl.-Ing. Gerd Schuster
Institut fOr Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb), Munchen
Dr.-Ing. J. Milberg
o. Professor an der Technischen Universităt Munchen
Institut fOr Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb), Munchen
D91
ISBN 978-3-540-55830-9 ISBN 978-3-662-09696-3 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-09696-3
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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1992
Ursprunglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1992
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diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme,
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frei zu betrachten wăren und daher von jedermann benutzt werden durften.
Gesamtherstellung: Hieronymus Buchreproduktions GmbH, Munchen
6213020-543210
Geleitwort des Herausgebers
Die Verbesserung der Fertigungsmaschinen, der Fertigungsverfahren und der
Fertigungsorganisation im Hinblick auf die Steigerung der Produktivität und die
Verringerung der Fertigungskosten ist eine ständige Aufgabe der Produktions
technik. Die Situation in der Produktionstechnik ist durch abnehmende Ferti
gungslosgrößen und zunehmende Personalkosten sowie durch eine unzureichende
Nutzung der Produktionsanlagen geprägt. Neben den Forderungen nach einer
Verbesserung von Mengenleistung und Arbeitsgenauigkeit gewinnt die Steige
rung der Flexibilität von Fertigungsrnaschinen und Fertigungsabläufen immer
mehr an Bedeutung. In zunehmendem Maße werden Programme, Einrichtungen
und Anlagen für rechnergestützte und flexibel automatisierte Produktionsabläufe
entwickelt.
Ziel der Forschungsarbeiten am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebs
wissenschaften der Technischen Universität München (iwb) ist die weitere Ver
besserung der Fertigungsmittel und Fertigungsverfahren im Hinblick auf eine
Optimierung der Arbeitsgenauigkeit und Mengenleistung der Fertigungssysteme.
Dabei stehen Fragen der anforderungsgerechten Maschinenauslegung sowie der
optimalen Prozeßführung im Vordergrund. Ein weiterer Schwerpunkt ist die
Entwicklung fortgeschrittener Produktionsstrukturen und die Erarbeitung von
Konzepten für die Automatisierung des Auftragsdurchlaufs. Das Ziel ist eine
Integration der technischen Auftragsabwicklung von der Konstruktion bis zur
Montage.
Die im Rahmen dieser Buchreihe erscheinenden Bände stammen thematisch aus
den Forschungsbereichen des iwb: Fertigungsverfahren, Werkzeugmaschinen,
Fertigungs- und Montageautornatisierung, Betriebsplanung sowie Steuerungs
technik und Informationsverarbeitung. In ihnen werden neue Ergebnisse und
Erkenntnisse aus der praxisnahen Forschung des iwb veröffentlicht. Diese Buch
reihe soll dazu beitragen, den Wissenstransfer zwischen dem Hochschulbereich
und dem Anwender in der Praxis zu verbessern.
Joachim Milberg
Vorwort
Die vorliegende Dissertation entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaft
licher Mitarbeiter am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaf
ten (iwb) der Technischen Universität München.
Herrn Prof. Dr.-Ing. J. Milberg, dem Leiter dieses Instituts, gilt mein besonderer
Dank für seine wohlwollende Förderung und Unterstiitzung sowie für die wert
vollen Hinweise zu dieser Arbeit.
Herrn Prof. Dr.-Ing. K. Ehrlenspie1, dem Leiter des Lehrstuhls für Konstruktion
im Maschinenbau der Technischen Universität München, danke ich für die
kritische Durchsicht dieser Arbeit und die sich daraus ergebenden Anregungen.
Schließlich möchte ich mich bei allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des
Instituts, insbesondere bei Herrn Dipl.-Ing. A. Sebald, sowie allen Studenten,
die mich bei der Erstellung der Arbeit unterstützt haben, recht herzlich bedanken.
München, im April 1992 Gerd Schuster
Inhaltsverzeichnis I
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung 1
1.1 Ausgangssituation 1
1.2 Zielsetzung dieser Arbeit 4
1.3 Vorgehensweise 4
2 Stand der Technik 6
2.1 Inhalt dieses Kapitels 6
2.2 Montagegerechte Produktgestaltung 7
2.3 Automatisierung in der Montage 8
2.4 Methoden und Richtlinien zur Montageplanung 12
2.5 Integration von Produktkonstruktion und Montageplanung 14
2.6 Rechnergestützte Hilfsmittel für die Montageplanung 15
2.7 Systematische Softwareentwicklung 19
2.8 Zusammenfassung und Fazit 21
3 Analysen zur Montageplanung 23
3.1 Inhalt dieses Kapitels 23
3.2 Defizite bei der rechnergestützten Montageplanung 23
3.2.1 Darstellung der Zusammenhänge 23
3.2.2 Defizite aufg rund unzureichender Planungsmethoden
und -hilfsmittel 24
3.2.3 Defizite aufgrund der eingesetzten Technologie in der
automatisierten Montage 27
3.2.4 Defizite in der Abstimmmung von Planungshilfsmitteln
und Montagetechnologie 29
3.3 Abstimmung von Produkt und Montage 30
3.3.1 Defizite im Zusammenwirken von Montageplanung und
Produktkonstruktion 30
11 Inhaltsverzeichnis
3.3.2 Präzisierung des Einflusses der Produktgestalt auf das
Montagesystem 31
3.4 Zusammenfassung der Analysen 34
4 Konzept für das rechnerintegrierte Montageplanungssy-
stern 36
4.1 Inhalt dieses Kapitels 36
4.2 Zielsetzungen und Einsatzgebiet des Planungssystems 36
4.3 Integration von Produktkonstruktion und Montageplanung 37
4.3.1 Ebenen der Integration 37
4.3.2 Organisatorische Integration 38
4.3.3 Aufgabenintegration 38
4.3.4 Rechnerintegration 39
4.4 Anforderungen an das Planungs system 43
4.4.1 Anforderungen zur Integration 43
4.4.2 Variabler Detaillierungsgrad der Planung 44
4.4.3 Informationsrückführung durch zeitlich durchgängigen
Einsatz des Planungssystems 46
4.4.4 Weitere Anforderungen 46
4.5 Richtlinie zur integrierten Entwicklung von Produkt und Monta-
ge 47
4.6 Grundstruktur des Datenmodells für das Montageplanungssystem 50
4.7 Konfiguration und Programmodule des Planungssysterns 52
4.8 Realisierungsumfang im Rahmen dieser Arbeit 54
5 Planungsrnodule von COSEM 55
5.1 Inhalt dieses Kapitels 55
5.2 Überblick zum Planungs system 55
5.2.1 Spezifikation der Datenstruktur 55
5.2.2 Struktur des Planungssystems 58
5.3 Komponentenkatalog 61
5.3.1 Semantisches Datenmodell 61
Inhaltsverzeichnis III
5.3.2 Funktionen des Komponentenkatalogs und
Anwendungsbeispiel 63
5.3.3 Modellierung von Sensoren 65
5.3.3.1 Grundlagen 65
5.3.3.2 Wahl des Abstraktionsgrads der Sensormodellie-
rung 68
5.3.3.3 Funktionales Sensormodell 68
5.3.3.4 Modellierte Sensoren 71
5.3.3.5 Einsatzbeispiel für den Lasersensor 74
5.4 Montageprozeßplanung 76
5.4.1 Semantisches Datenmodell 76
5.4.2 Funktionen zur Montageprozeßplanung und
Anwendungsbeispiel 77
5.5 Montagesystemplanung 81
5.5.1 Semantisches Datenmodell 81
5.5.2 Funktionen zur Montagesystemplanung und
Anwendungsbeispiel 82
5.5.3 Automatische Bahngenerierung für Industrieroboter 87
5.5.3.1 Grundlagen 87
5.5.3.2 Konzept für die automatische Planung freier
Roboterbahnen 89
5.5.3.3 Realisierte Grundfunktionen 91
5.5.3.4 Anwendungsbeispiele 94
5.6 Darstellung des gesamten Planungsablaufs mit COSEM 97
5.7 Zusammenfassung zu den Planungsmodulen 98
6 Module zur Kalkulation und Investitionsrechnung 100
6.1 Inhalt dieses Kapitels 100
6.2 Kalkulation der Projektkosten 100
6.2.1 Anforderungen 100
6.2.2 Wahl des Kalkulationsverfahrens 101
IV Inhaltsverzeichnis
6.2.3 Kalkulation eines Projekts mit der Fixkostendeckungs-
rechnung 103
6.2.4 Semantisches Datenrnodell 105
6.2.5 Funktionen zur Kalkulation und Anwendungsbeispiel 107
6.3 Investitionsrechnung 111
6.3.1 Anforderungen 111
6.3.2 Wahl geeigneter Verfahren zur Investitionsrechnung 111
6.3.3 Erläuterung der ausgewählten Verfahren 112
6.3.4 Semantisches Datenrnodell 115
6.3.5 Funktionen des Investitionsrechnungsmoduls
und Anwendungsbeispiel 116
6.4 Zusammenfassung zu Kalkulation und Investitionsrechnung 118
7 Zusammenfassung und Ausblick 121
Literaturverzeichnis 123
1.1 Ausgangssituation 1
1 Einführung
1.1 Ausgangssituation
Der heutige Wettbewerb der Produktionsunternehmen wird kundenseitig ge
prägt durch den Trend zu kürzeren Produktlebenszyklen bei erhöhten Quali
tätsansprüchen und höherer Variantenvielfalt. Auf Seite der Produktion ist,
nicht zuletzt bedingt durch den bevorstehenden europäischen Binnenmarkt,
eine wachsende Anzahl von Zulieferern, aber auch von Wettbewerbern zu
erwarten. Diese Veränderungen erfordern die Überprüfung und ggf. die Neu
orientierung der Unternehmenspotentiale.
In diesem Zusammenhang erlangt, neben den "traditionellen" Wettbewerbs
faktoren wie Kostenstruktur und Produktqualität, der Zeitfaktor eine zuneh
mend wichtige Bedeutung. Dabei wird die Senkung der gesamten Produkt
durchlaufzeit, also von der Produktidee bis zum lieferbaren Produkt,
notwendig. Dies erfordert die verbesserte Anpassung der Unternehmenspoten
tiale in Vertrieb, Entwicklung und Produktion auf die Anforderungen des
Zeitsparens [EIDE 89, REIC 90, MILB 91].
Daß Zeit- und Kostenvorteile untrennbar miteinander verbunden sind und
entscheidende Wettbewerbsvorteile zur Folge haben, zeigt Bild 1.1. Grobe
Erfahrungswerte besagen, daß sich die Kosten bei jeder Verdoppelung der
produzierten Menge um ca. 20-30% senken lassen. Wenn ein Unternehmen
mit einem Produkt früher auf den Markt kommt als seine Wettbewerber, kann
es diesen Zeitvorteil über die früher einsetzende kumulierte Erfahrung in einen
entsprechenden Kostenvorteil umsetzen.
Auf dem Gebiet der technologischen Wettbewerbsvorteile spielt die Automa
tisierungstechnik eine wichtige Rolle. Hier zeigt sich, daß sich die Automa
tisierung in der Montage im Vergleich zur Fertigung in deutlich geringerem
Maße durchgesetzt hat. Ein Grund hierfür ist, daß Montageaufgaben in der
Regel komplexer und vielfältiger als Fertigungsaufgaben sind. Auch erfordern
kürzere Produktlebenszeiten und erhöhte Variantenvielfalt die technisch an-